Տեխնիկական ածխածին, դրա արտադրությունը

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-17 18:55

Ածխածնի սև (ԳՕՍՏ 7885-86) արդյունաբերական ածխածնային արտադրանքի տեսակ է, որն օգտագործվում է հիմնականում կաուչուկի արտադրության մեջ՝ որպես լցոնիչ, որը բարձրացնում է դրա օգտակար կատարողական հատկությունները: Ի տարբերություն կոքսի և թթվի, այն բաղկացած է գրեթե մեկ ածխածնից, կարծես մուր լինի։

Կիրառման շրջանակը

Արտադրված ածխածնի մոտ 70%-ն օգտագործվում է անվադողերի, 20%-ը՝ ռետինե արտադրանքի արտադրության համար։ Տեխնիկական ածխածինը նաև օգտագործվում է ներկերի և լաքերի արտադրության մեջ և տպագրական թանաքների արտադրության մեջ, որտեղ այն գործում է որպես սև գունանյութ:

Կիրառման մեկ այլ ոլորտ պլաստմասսա և մալուխային պատյանների արտադրությունն է: Այստեղ արտադրանքը ավելացվում է որպես լցոնիչ և արտադրանքին հատուկ հատկություններ հաղորդելու համար։ Ածխածնի սևը փոքր ծավալներով օգտագործվում է նաև այլ ոլորտներում:

Բնութագիր

Ածխածնի սևը մի գործընթացի արդյունք է, որը ներառում է ինժեներական և վերահսկման վերջին տեխնիկան: Իր մաքրության և խիստ սահմանված հավաքածուի շնորհիվֆիզիկական և քիմիական հատկությունները, դա ոչ մի կապ չունի ածուխի և մազութի այրման կամ չկարգավորվող ներքին այրման շարժիչների աշխատանքի արդյունքում որպես աղտոտված ենթամթերք արտադրվող մուրի հետ։ Համաձայն ընդհանուր ընդունված միջազգային դասակարգման՝ ածխածնի սևը նշանակվում է Ածխածնի սև (սև ածխածին թարգմանված անգլերենից), մուրը անգլերենում մուր է։ Այսինքն՝ այս հասկացությունները ներկայումս ոչ մի կերպ խառնված չեն։

Կուչուկները ածխածնի սևով լցնելու պատճառով ամրացման ազդեցությունը ոչ պակաս կարևոր էր կաուչուկի արդյունաբերության զարգացման համար, քան կաուչուկի ծծմբով վուլկանացման ֆենոմենի բացահայտումը։ Ռետինե միացություններում քաշով օգտագործվող մեծ քանակությամբ բաղադրիչներից ստացված ածխածինը ռետինից հետո զբաղեցնում է երկրորդ տեղը։ Ածխածնի որակի ցուցանիշների ազդեցությունը ռետինե արտադրանքի հատկությունների վրա շատ ավելի մեծ է, քան հիմնական բաղադրիչի՝ կաուչուկի որակի ցուցանիշները։

Ամրապնդող հատկություններ

Նյութի ֆիզիկական հատկությունների բարելավումը լցավորիչ ներմուծելու միջոցով կոչվում է ամրացում (ամրապնդում), իսկ այդպիսի լցոնիչները կոչվում են ուժեղացուցիչներ (ածխածնի սև, նստվածքային սիլիցիումի օքսիդ): Բոլոր ուժեղացուցիչների թվում տեխնիկական ածխածինը իսկապես յուրահատուկ բնութագրեր ունի: Նույնիսկ վուլկանացումից առաջ այն կապվում է ռետինին, և այս խառնուրդը չի կարող ամբողջությամբ բաժանվել ածխածնի և կաուչուկի լուծիչներով:

Կետևի ամրությունը՝ հիմնված ամենակարևոր էլաստոմերների վրա.

Էլաստոմեր	առաձգական ուժ, MPa
	Չլցված վուլկանիզատ	Վուլկանիզատ՝ լցված ածխածնի սևով
Ստիրոլ բութադիեն ռետին	3, 5	24, 6
NBR	4, 9	28, 1
EPDM	3, 5	21, 1
Պոլիակրիլատ ռետին	2, 1	17, 6
Պոլիբուտադիենային ռետին	5, 6	21, 1

Աղյուսակում ներկայացված են վուլկանիզատների հատկությունները, որոնք ստացվում են տարբեր տեսակի կաուչուկից՝ առանց լցոնման և լցված ածխածնի սևով: Վերոնշյալ տվյալներից երևում է, թե ինչպես է ածխածնի լցոնումը էականորեն ազդում կաուչուկի առաձգական ուժի վրա: Ի դեպ, ռետինե միացություններում օգտագործվող այլ ցրված փոշիները՝ ցանկալի գույնը տալու կամ խառնուրդի արժեքը նվազեցնելու համար՝ կավիճը, կաոլինը, տալկը, երկաթի օքսիդը և այլն, չունեն ամրապնդող հատկություն։

Կառուցվածք

Մաքուր բնական ածխածիններն են ադամանդը և գրաֆիտը: Նրանք ունեն բյուրեղային կառուցվածք, որը զգալիորեն տարբերվում է միմյանցից: Բնական գրաֆիտի և ածխածնի արհեստական նյութի կառուցվածքի նմանությունը հաստատվել է ռենտգենյան դիֆրակցիայով: Ածխածնի ատոմները գրաֆիտում կազմում են խտացված անուշաբույր օղակների համակարգերի մեծ շերտեր՝ 0,142 նմ միջատոմային հեռավորությամբ։ Այս գրաֆիտի շերտերըխտացված արոմատիկ համակարգերը կոչվում են բազալ հարթություններ: Ինքնաթիռների միջև հեռավորությունը խստորեն սահմանված է և կազմում է 0,335 նմ։ Բոլոր շերտերը զուգահեռ են միմյանց: Գրաֆիտի խտությունը 2,26 գ/սմ է.3.

Ի տարբերություն գրաֆիտի, որն ունի եռաչափ կարգ, տեխնիկական ածխածինը բնութագրվում է միայն երկչափ կարգով։ Այն բաղկացած է լավ զարգացած գրաֆիտային հարթություններից, որոնք գտնվում են մոտավորապես միմյանց զուգահեռ, բայց շեղված են հարակից շերտերի նկատմամբ, այսինքն՝ հարթությունները կամայականորեն կողմնորոշված են նորմալի նկատմամբ։

Գրաֆիտի կառուցվածքը փոխաբերական իմաստով համեմատվում է կոկիկ ծալված քարտերի տախտակի հետ, իսկ ածխածնի սև կառուցվածքը համեմատվում է քարտերի տախտակի հետ, որտեղ քարտերը տեղաշարժված են: Նրանում միջպլանային հեռավորությունն ավելի մեծ է, քան գրաֆիտինը և կազմում է 0,350-0,365 նմ։ Հետևաբար, ածխածնի խտությունը ցածր է գրաֆիտի խտությունից և գտնվում է 1,76-1,9 գ/սմ³ միջակայքում՝ կախված ապրանքանիշից (առավել հաճախ՝ 1,8 գ/սմ ^3).

Գունավորում

Ածխածնի սևի պիգմենտային (գունավոր) տեսակներն օգտագործվում են տպագրական թանաքների, ծածկույթների, պլաստմասսաների, մանրաթելերի, թղթի և շինանյութերի արտադրության մեջ: Դրանք դասակարգվում են՝

• բարձր գույնի ածխածնային սև (HC);
• միջին (MS);
• նորմալ գունավորում (RC);
• ցածր գույն (LC).

Երրորդ տառը ցույց է տալիս ստացման եղանակը՝ վառարան (F) կամ ալիք (C): Նշման օրինակ՝ HCF - Բարձր գույնի վառարան սև (Hiqh գունավոր վառարան):

Ապրանքի գունազարդման ուժը կապված է մասնիկների չափի հետ: Կախված դրանց չափերից՝ տեխնիկական ածխածինը բաժանվում է խմբերի՝

Միջին մասնիկի չափ, նմ	Վառարանի սև դասարան
10-15	HCF
16-24	MCF
25-35	RCF
>36	LCF

Դասակարգում

Տեխնիկական ածխածինը կաուչուկի համար ըստ ամրացնող ազդեցության աստիճանի բաժանվում է.

• Բարձր ամրացնող (քայլ, կոշտ): Այն հատկացվում է բարձր ամրության և մաշվածության դիմացկունության շնորհիվ: Մասնիկների չափը փոքր է (18-30 նմ): Օգտագործվում է կոնվեյերների, անվադողերի քայլքների մեջ։
• Կիսաամրացուցիչ (շրջանակային, փափուկ): Մասնիկի չափը միջին է (40-60 նմ)։ Դրանք օգտագործվում են տարբեր ռետինե արտադրանքներում, անվադողերի դիակներում:
• Ցածր շահույթ. Մասնիկի չափը մեծ է (ավելի քան 60 նմ): Սահմանափակ օգտագործումը անվադողերի արդյունաբերության մեջ: Ապահովում է անհրաժեշտ ամրությունը՝ միաժամանակ պահպանելով բարձր առաձգականություն ռետինե արտադրանքներում:

Ածխածնի սևի ամբողջական դասակարգումը տրված է ASTM D1765-03-ում, որն ընդունված է համաշխարհային արտադրանքի արտադրողների և օգտագործողների կողմից: Դրանում դասակարգումը, մասնավորապես, իրականացվում է մասնիկների հատուկ մակերեսի տիրույթի համաձայն՝

Խումբ	Միջին կոնկրետ տարածքմակերեսը ազոտի կլանմամբ, m2/g
0	>150
1	121-150
2	100-120
3	70-99
4	50-69
5	40-49
6	33-39
7	21-32
8	11-20
9	0-10

Ածխածնի արտադրություն

Արդյունաբերական ածխածնի արտադրության երեք տեխնոլոգիա կա, որոնք օգտագործում են ածխաջրածինների թերի այրման ցիկլ.

• վառարան;
• ալիք;
• խողովակ;
• պլազմա.

Կա նաև ջերմային մեթոդ, որը քայքայում է ացետիլենը կամ բնական գազը բարձր ջերմաստիճանում։

Տարբեր տեխնոլոգիաներով արտադրված բազմակի դասարաններն ունեն տարբեր բնութագրեր։

Արտադրական տեխնոլոգիա

Տեսականորեն հնարավոր է ածխածնի սև ստանալ վերը նշված բոլոր մեթոդներով, սակայն արտադրված արտադրանքի ավելի քան 96%-ը ստացվում է վառարանի մեթոդով՝ հեղուկ հումքից։ Մեթոդը հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել ածխածնի սև տարբեր աստիճաններ՝ որոշակի հատկություններով:Օրինակ՝ Օմսկի ածխածնի սև գործարանը արտադրում է ավելի քան 20 տեսակի ածխածնի սև՝ օգտագործելով այս տեխնոլոգիան։

Ընդհանուր տեխնոլոգիան սա է. Բարձր հրակայուն նյութերով պատված ռեակտորը սնվում է բնական գազով և օդով, որը տաքացվում է մինչև 800°C: Բնական գազի այրման արդյունքում առաջանում են ամբողջական այրման արգասիքներ 1820-1900 ° C ջերմաստիճանով, որոնք պարունակում են որոշակի քանակությամբ ազատ թթվածին։ Հեղուկ ածխաջրածնային հումքը ներարկվում է ամբողջական այրման բարձր ջերմաստիճանի արտադրանքի մեջ, նախապես մանրակրկիտ խառնվում և տաքացվում մինչև 200-300 °C: Հումքի պիրոլիզը տեղի է ունենում խիստ վերահսկվող ջերմաստիճանում, որը, կախված արտադրված ածխածնի մակնիշից, ունի տարբեր արժեքներ՝ 1400-ից մինչև 1750 ° С։

Հումքի մատակարարման վայրից որոշակի հեռավորության վրա ջրի ներարկումով դադարեցվում է ջերմաօքսիդատիվ ռեակցիան։ Պիրոլիզի արդյունքում առաջացած ածխածնի սևը և ռեակցիոն գազերը մտնում են օդատաքացուցիչ, որտեղ ջերմության մի մասը փոխանցում են գործընթացում օգտագործվող օդին, մինչդեռ ածխածին-գազի խառնուրդի ջերմաստիճանը 950-1000 °С-ից նվազում է մինչև 500-600 °С.

260-280 °C սառչելուց հետո ջրի հավելյալ ներարկման պատճառով ածխածնի և գազերի խառնուրդն ուղարկվում է պարկի ֆիլտր, որտեղ ածխածնի սևն անջատվում է գազերից և մտնում է ֆիլտրի խցիկում։ Զտիչի աղբարկղից անջատված ածխածնի սևը գազատարով սնվում է օդափոխիչով (տուրբո փչակով) դեպի հատիկավոր հատված:

Ածխածնի սև արտադրողներ

Ածխածնի գլոբալ արտադրությունը գերազանցում է 10 միլիոն տոննան. Արտադրանքի նկատմամբ նման մեծ պահանջարկը բացատրվում է առաջին հերթին նրա յուրահատուկ ամրապնդող հատկություններով։ Արդյունաբերության լոկոմոտիվներն են՝

• Aditya Birla Group (Հնդկաստան) - շուկայի մոտ 15%-ը:
• Cabot Corporation (ԱՄՆ) - շուկայի 14%:
• Orion Engineered Carbons (Լյուքսեմբուրգ) - 9%.

Ռուսաստանի ածխածնի խոշորագույն արտադրողները.

• Օմսկտեուգլերոդ ՍՊԸ – ռուսական շուկայի 40%-ը։ Գործարաններ Օմսկում, Վոլգոգրադում, Մոգիլյովում։
• JSC Yaroslavl Technical Carbon – 32%.
• JSC Nizhnekamsktekhuglerod – 17%.